一种无线电定位系统及其定位方法与流程

本发明属于无线电定位方法技术领域，具体涉及一种无线电定位系统及其定位方法。

背景技术：

随着移动终端以及物联网的快速普及，人们对室内设备的定位需求日益增加，无线电定位系统是指利用无线电波直线恒速传播特性通过测量固定或运动的物体的位置以进行定位的技术；因此，要想实现无线电定位，无线电测距是必不可少的环节，现有的无线电测距主要有rssi(receivedsignalstrengthindication，接收信号强度指示)以及uwb(ultrawideband，无线载波通信技术)，uwb精度相对较高但是所使用的频带很宽，对系统的设计有较高的要求，相位式测距有占有带宽较低，系统结构简单，但是无线电测距有很大的问题就是多径效应，多径效应会影响电磁波接收时的相位，对数据测量带来很大的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的无线电定位系统及其定位方法解决了无线电定位系统结构复杂、定位精度不够且占用带宽较高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种无线电定位系统，包括至少三台主设备和若干台从设备；

每台所述主设备均与通过无线链路与每台所述从设备通信连接，所有所述主设备中一台主设备作为无线电定位系统的主控制器；

每台所述主设备均包括基带信号产生电路、信号发送电路、相位检测电路、第一主控制及通信电路和信号接收电路；

每个所述从设备均包括第二主控制及通信电路、接收前端电路、混频滤波电路和发送前端电路；

所述基带信号产生电路的输出端分别与所述信号发送电路的输入端和所述相位检测电路的第一输入端连接，所述信号发送电路的输出端通过无线链路与所述接收前端电路的输入端连接，所述接收前端电路的输出端与所述混频滤波电路的输入端连接，所述混频滤波电路的输出端与所述发送前端电路的输入端连接，所述发送前端电路的输出端通过无线链路与所述信号接收电路的输入端连接，所述信号接收电路的输出端与所述相位检测电路的第二输入端连接，所述相位检测电路的输出端与所述第一主控制及通信电路的输入端连接，所述第一主控制及通信电路的输出端与所述基带信号产生电路的输入端连接；

所述第二主控制及通信电路分别与所述接收前端电路、混频滤波电路和发送前端电路连接；

所述第一主控制及通信电路与第二主控制及通信电路无线通信连接。

本发明的有益效果为：

（1）由于频率越低相同的相位延迟的所经过的时间就会越长，所以当射频信号转换到低频电路再转换到高频时，低频电路就会带来更大的延迟，并且低频电路也带来了系统的尺寸，因此本发明通过改变信号接收电路，减少了系统相位延迟，进而减少了系统复杂度；

（2）通过改进的系统测距算法以及增加基带信号产生电路等配套电路，提高了系统测距时的可靠性；

（3）从整体来看，从设备使用的系统结构去除低频电路降低系统复杂度，改进的测距算法降低环境敏感度，低功耗管理以及改进的时分复用算法降低系统功耗，带宽占用是相对与uwb来说的，系统仅需要足够调制信号的带宽即可。

附图说明

图1为本发明提供的无线电定位系统结构框图。

图2为本发明提供的主设备电路框图。

图3为本发明提供的基带信号产生电路原理图。

图4为本发明提供的信号发送电路中的信号发射芯片外围电路图，

图5为本发明提供的信号发送电路中的第一滤波子电路原理图。

图6为本发明提供的信号发送电路中的发送天线子电路原理图。

图7为本发明提供的信号相位检测电路原理图。

图8为本发明提供的信号接收电路中的信号接收芯片的第一外围电路图。

图9为本发明提供的信号接收电路中的信号接收芯片的第二外围电路图。

图10为本发明提供的信号接收电路中的中频放大子电路原理图。

图11为本发明提供的信号接收电路中的中频滤波子电路原理图。

图12为本发明提供的信号接收电路中的基带滤波子电路原理图。

图13为本发明提供的信号接收电路中的滤波及放大子电路原理图。

图14为本发明提供的第一主控制及通信电路中无线微控制器芯片的第一部分外围电路原理图。

图15为本发明提供的第一主控制及通信电路中无线微控制器芯片的第二部分外围电路原理图。

图16为本发明提供的第一主控制及通信电路中的第一稳压子电路原理图，

图17为本发明提供的从设备电路结构图。

图18为本发明提供的接收前端电路原理图。

图19为本发明提供的混频滤波电路原理图。

图20为本发明提供的发送前端电路原理图。

图21为本发明提供的第二主控制及通信电路中的无线微控制器芯片第一部分外围电路原理图。

图22为本发明提供的第二主控制及通信电路中的无线微控制器芯片第二部分外围电路原理图。

图23为本发明提供的3.3v电源电路原理图。

图24为本发明提供的无线定位方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

如图1所示，一种无线电定位系统，包括至少三台主设备和若干台从设备；

每台主设备均与通过无线链路与每台从设备通信连接，所有主设备中一台主设备作为无线电定位系统的主控制器；

每台主设备均包括基带信号产生电路、信号发送电路、相位检测电路、第一主控制及通信电路和信号接收电路；

每个从设备均包括第二主控制及通信电路、接收前端电路、混频滤波电路和发送前端电路；

基带信号产生电路的输出端分别与信号发送电路的输入端和相位检测电路的第一输入端连接，信号发送电路的输出端通过无线链路与接收前端电路的输入端连接，接收前端电路的输出端与混频滤波电路的输入端连接，混频滤波电路的输出端与发送前端电路的输入端连接，发送前端电路的输出端通过无线链路与信号接收电路的输入端连接，信号接收电路的输出端与相位检测电路的第二输入端连接，相位检测电路的输出端与第一主控制及通信电路的输入端连接，第一主控制及通信电路的输出端与基带信号产生电路的输入端连接；

第二主控制及通信电路分别与接收前端电路、混频滤波电路和发送前端电路连接；

第一主控制及通信电路与第二主控制及通信电路无线通信连接。

本发明实施例中的主设备作为监测设备，从设备称为被定位设备，这里的三台主设备（实际主设备的数量可根据实际情况灵活设置）进行时分复用，每一台主设备都可以和其他设备进行通信，其中的一台主设备具有设备管理功能称为无线电定位系统中的主控制器；从设备测量定时到时，从设备从休眠唤醒向主控制器发起定位请求，主控制器在接收到请求之后会根据现在系统的工作状态返回同意或者拒绝，此时其他主设备和从设备都会收到请求结果，如果是同意，主设备进行预先的时间间隙进行距离测定，在系统启动之后，主设备发送连续的正弦基带信号，从设备接收到主设备发送的信号之后直接混频滤波之后变频到较高频段，这样就会减少低频电路带来的较高相位偏移，也简化了系统的设计，变频之后将信号发送出来，主设备收到数据之后解调出基带信号，并且进行相位差的测量，如果直到这一步系统是无法在常见环境中使用的，因为不管是主设备还是从设备都会面临接收时多径相位的影响，本发明中改进的方案为快速线性改变基带正弦信号的频率，并且测量每次改变之后的相位差，最后将所有频率以及相位差做矩阵微分运算，获得真实的距离信息，快速改变基带信号的频率可以认为这段时间内环境是静止不变的，也就是环境对不同基带信号但是载波信号频率相同的电磁波有相同的条件反射，之后进行一定的系统相位偏移校正即可得到，最后将所有的测距信息归总到主控制器进行数据运算，获得被定位设备的位置信息。

本发明实施例中的主设备电路结构如图2所示，从设备电路结构如图17所示，图中显示了主设备和从设备中各个功能电路之间的连接关系；

实施例2：

如图3所示，上述实施例1中的基带信号产生电路包括可编程波形发生器的芯片u10；

芯片u10的comp引脚与接地电容c75连接；

芯片u10的vdd引脚与3.3v电源连接；

芯片u10的cap引脚与接地电容c76连接；

芯片u10的dgnd引脚接地；

芯片u10的mclk引脚与晶振y1的out引脚连接；

芯片u10的vout引脚作为基带信号产生电路的输出端bbout分别与信号发送电路的输入端bbin和相位检测电路的第一输入端bbin1连接；

芯片u10的agnd引脚接地；

芯片u10的fsync引脚与第一主控制及通信电路连接；

芯片u10的sclk引脚与第一主控制及通信电路连接；

芯片u10的sdata引脚与第一主控制及通信电路连接；

晶振y1的gnd引脚接地；

晶振y1的vdd引脚与3.3v电源连接，3.3v电源分别与接地电容c73和接地电容c74连接。

本实施例中，主设备中的基带信号产生电路可以产生不同频率的正弦信号，并将其发送至信号发送电路，快速线性变换基带信号频率，例如频率呈三角波变化，这个频率变化需要相对较快，也就是三角波频率较大，有利于消除在测量过程中物体位置变换导致的测了误差。

本发明可编程波形发生器的芯片u10的型号为ad9833，该型号可以产生不同频率的正选波，并且封装小，功耗低。

实施例3：

上述实施例1中的信号发送电路包括信号发射的芯片u9、第一滤波子电路和发送天线子电路；

在如图4所示的芯片u9的外围电路中，芯片u9的gnd引脚接地；

芯片u9的spi_se引脚分别与接地电阻r34与第一主控制及通信电路连接；

芯片u9的s引脚与接地电阻r33连接；

芯片u9的bx引脚分别与电阻r32的一端与第一主控制及通信电路连接，电阻r32的另一端与3.3v电源连接；

芯片u9的spidata/cs0引脚分别与电阻r31的一端与第一主控制及通信电路连接，电阻r30的另一端与3.3v电源连接；

芯片u9的spile/cs1引脚分别与电阻r30的一端与第一主控制及通信电路连接，电阻r31的另一端与3.3v电源连接；

芯片u9的spiclk/cs2引脚分别与电阻r29的一端与第一主控制及通信电路连接，电阻r29的另一端与3.3v电源连接；

芯片u9的vdd33_dig引脚分别与3.3v电源、芯片u9的v2d5_pll引脚、接地电容c71和电阻r36的一端连接，电阻r36的另一端分别与芯片u9的vt_mod引脚、接地电阻r38和电阻r37的一端连接，电阻r37的另一端分别与接地电阻r40、电阻r39的一端和电容c72的一端连接，电容c72的另一端和电阻r39的另一端作为信号发送电路的输入端bbin与基带信号产生电路的输出端bbout连接；

芯片u9的vdd3v3引脚与3.3v电源连接；

芯片u9的reg1d8_1与接地电容c70连接；

芯片u9的xtal1引脚分别与晶振u8的xout引脚和接地电容c65连接；

芯片u9的xtal2引脚分别与晶振u8的xin引脚和接地电容c64连接，晶振u8的两个gnd引脚均接地；

芯片u9的reg1d8引脚与接地电容c69连接；

芯片u9的cp引脚与电阻r35的一端连接，电阻r35的另一端分别与接地电容c68和电阻r28的一端连接，电阻r28的另一端与接地电容c67连接；

芯片u9的gnd引脚接地；

芯片u9的vt引脚与电阻r28的另一端连接；

芯片u9的bufvdd引脚和pavdd引脚均与3.3v电源连接；

芯片u9的rfgnd引脚接地；

芯片u9的paout2引脚和paout1引脚与发送天线子电路的输入端连接；

芯片u9的vcovdd引脚分别与电阻r27的一端和3.3v电源连接，电阻r27的另一端分别与芯片u9的ldo2v5引脚和接地电容c66连接；

如图5所示，第一滤波子电路包括接地电容c59、接地电容c60、接地电容c61和接地电容c62，接地电容c59、接地电容c60、接地电容c61和接地电容c62的非接地端均与3.3v电源连接；

如图6所示，发送天线子电路包括滤波器u7；

滤波器u7的in端分别与接地电感l12和电容c58的一端连接，电容c58的另一端与电感l11的一端连接，电感l11的另一端与电容c57的一端连接，电容c57的另一端作为发送天线子电路的输入端分别与芯片u9的paout1引脚和电感l10的一端连接，电感l10的另一端分别与接地电容c63和电阻r26的一端连接，电阻r26的另一端与3.3v电源连接；

滤波器u7的两个gnd端均接地，滤波器u7的out引脚与接地射频接头p2连接，接地射频接头p2作为信号发送电路的输出端通过无线链路与接收前端电路的输入端连接。

在本发明实施例中，信号发送电路用于将基带信号产生电路的不同频率的低频基带信号调制到高频信号，并从设备中的接收前端电路。

其中，信号发送芯片u9的型号为rtc6705，该芯片是集成的射频调制芯片，作用是将信号调制到高频；滤波电路是滤除电源杂波以及滤除射频电路对电源电路的干扰以及滤除串扰；发送天线子电路对发送电路以及天线进行匹配。

实施例4：

如图7所示，上述实施例1中的相位检测电路包括幅度及相位测量的芯片u16；

芯片u16的comm引脚接地；

芯片u16的inpa引脚与电容c95的一端连接，电容c95的另一端与接地电阻r48连接，电容c95的另一端作为相位检测电路的第一输入端bbin1与基带信号产生电路的输出端bbout连接；

芯片u16的ofsa引脚与接地电容c97连接；

芯片u16的vpos引脚与3.3v电源连接，3.3v电源还分别与接地电容c93和接地电容c94连接；

芯片u16的ofsb引脚与接地电容c98连接；

芯片u16的inpb引脚与电容c100的一端连接，电容c100的另一端与接地电阻r49连接，电容c100的另一端作为相位检测电路的第二输入端bbin2与信号接收电路的输出端bbout2连接；

芯片u16的pflt引脚与接地电容c99连接；

芯片u16的vphs引脚和pset引脚均与第一主控制及通信电路连接；

芯片u16的mset引脚和vmag引脚均与第一主控制及通信电路连接；

芯片u16的mflt引脚与接地电容c96连接。

本发明实施例中的相位检测电路用于对信号发送电路发出的信号和信号接收电路接收到的信号进行相位差的检测，此处获得的相位差为第一阶段相位差，为后面进行相应算法做准备。并将其发送给第一主控制及通信电路，其中，幅度及相位测量的芯片u16的型号为ad8302，该芯片使用混频器原理进行相位检测，可以直接进行高至1ghz的相位检测，功耗低，电路简单。

实施例5：

如图8-13所示，上述实施例1中的信号接收电路包括信号接收的芯片u4、中频放大子电路、中频滤波子电路、基带滤波子电路和滤波及放大子电路；

如图8-9所示的信号接收的芯片u4的外围电路中，芯片u4的gnd引脚和pd_red_18引脚均接地；

芯片u4的lnavdd引脚分别与接地电容c52、接地电容c51和接地电容c50连接；

芯片u4的spi_data/ch2引脚通过电阻r21与第一主控制及通信电路连接；

芯片u4的spi_le/ch1引脚通过电阻r22与第一主控制及通信电路连接；

芯片u4的spi_clk/ch0引脚通过电阻r23与第一主控制及通信电路连接；

芯片u4的spi_se/ch0引脚通过电阻r24与第一主控制及通信电路连接；

芯片u4的bx引脚通过电阻r25与第一主控制及通信电路连接；

芯片u4的vdd33引脚分别与接地电容c48和接地电容c49连接；

芯片u4的vss_syn3引脚和ss_syn4引脚均接地；

芯片u4的xtal1引脚分别与接地电容c40和晶振u5的xout引脚连接；

芯片u4的xtal2引脚与接地电容c37和晶振u5的xin引脚连接，晶振u5的两个gnd端均接地；

芯片u4的cp引脚与电容c55的一端连接；

芯片u4的vdd_syn引脚分别与2.5v电源、接地电容c38和接地电容c41连接；

芯片u4的s2引脚接地；

芯片u4的vt2g引脚分别与电阻r18一端和电容c45的一端连接，电阻r18的另一端分别与电容c55的一端和电阻r19的一端连接，电容c45的另一端分别与电容c46的一端、电容c55的另一端、接地电容c53和电阻r20的一端连接，电阻r20的另一端与接地电容c54连接，电阻r19的另一端与电容c46的另一端连接；

芯片u4的vco2gvdd引脚与电容c46的一端连接；

芯片u4的vdd25引脚与接地电容c38连接；

芯片u4的reg1d8引脚与接地电容c34连接；

芯片u4的bcr引脚与接地电阻r16连接；

芯片u4的ifinp引脚与中频放大子电路连接；

芯片u4的agc_c引脚与接地电容c30连接；

芯片u4的bbvdd0引脚分别与2.5v电源和接地电容c26连接；

芯片u4的vampref引脚与接地电容c29连接；

芯片u4的bbout2引脚与基带滤波子电路连接，并作为信号接收电路的输出端bbout与相位检测电路的第二输入端bbin2连接；

芯片u4的vampin引脚与基带滤波子电路连接；

芯片u4的vampvdd引脚分别与接地电容c27、接地电容c23和3.3v电源连接；

芯片u4的vampout引脚与相位检测电路中的第二输入端bbin2连接；

芯片u4的vco25dvdd1分别与接地电容c28和2.5v电源连接；

芯片u4的x1引脚与电阻r12的一端和接地电阻r13连接，电阻r12的另一端与2.5v电源连接；

芯片u4的x2引脚与电阻r14的一端和接地电阻r15连接，电阻r14的另一端与2.5v电源连接；

芯片u4的bbvdd1引脚分别与2.5v电源、接地电容c36和接地电容c35连接；

芯片u4的ifaoutn引脚与中频滤波子电路连接；

芯片u4的ifaoutp引脚与中频滤波子电路连接；

芯片u4的vdd33_ifa引脚分别与3.3v电源和接地电容c43连接；

芯片u4的ifavdd25引脚分别与2.5v电源和接地电容c42连接；

芯片u4的rfgnd引脚接地；

芯片u4的rfin引脚分别与中频放大子电路、中频滤波子电路中和滤波及放大子电路连接；

芯片u4的lna_lg引脚接地；

如图10所示的中频放大子电路包括电容c7，电容c7的一端与芯片u4的ifinp引脚连接，电容c7的另一端分别与接地电阻r7和电容c6的一端连接，电容c6的另一端分别与电感l1的一端、电阻r4的一端和三极管q1的集电极连接，电感l1的另一端分别与3.3v电源和接地电容c1连接，电阻r4的另一端分别与三极管q1的基极、接地电容c17和电容c11一端连接，三极管q1的发射极接地，电容c11的另一端分别与接地电感l3和芯片u4的rfin引脚连接；

如图11所示的中频滤波子电路包括saw滤波的芯片u3，芯片u3的out引脚与芯片u4的rfin引脚连接，芯片u3的两个gnd引脚均接地，芯片u3的in引脚分别与电感l6的一端和电容c22的一端连接，电容c22的另一端分别与电阻r11的一端、电容c25的一端、电容c24的一端和电感l5的一端连接，电感l6的另一端分别与电阻r11的另一端、电容c25的另一端、电容c24的另一端和电感l7的一端连接，电感l5的另一端分别与接地电容c21、电感l7的另一端、接地电容c31、接地电容c32和2.5v电源连接，电感l5的一端与芯片u4的ifaoutn引脚连接，电感l7的另一端与芯片u4的ifaoutp引脚连接；

如图12所示的基带滤波子电路包括电容c16，电容c16的一端与芯片u4的bbout2引脚连接，电容c16的另一端分别与电阻r9的一端、电阻r2的一端和三极管q2的基极连接，电阻r2的另一端分别与接地电容c3和3.3v电源连接，电阻r9的另一端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端与三极管q2的发射极连接，三极管q2的集电极分别与电阻r5的一端和电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与3.3v电源连接，电阻r5的另一端分别与接地电容c12、电容c9和电感l2连接，电感l2的另一端和电容c9另一端均与电容c13的一端、接地电容c14和电容c10的一端连接，电容c13的另一端与接地电感l4连接，电容c10的另一端通过电阻r6与芯片u4的vampin引脚连接；

如图13所示的滤波及放大子电路包括电容c47，电容c47的一端与芯片u4的rfin引脚连接，电容c47的另一端分别与电感l9的一端和晶体管q3的集电极连接，晶体管q3的发射极接地，电感l9的另一端分别电阻r17的一端、接地电容c39和2.5v电源连接，电阻r17的另一端分别与接地电容c44和电感l8的一端连接，电感l8的另一端分别与三极管q3的基极和电容c56的一端连接，电容c56的另一端分别与滤波器的芯片u6的out端连接，芯片u6的两个gnd端均接地，芯片u6的in引脚作为信号接收电路中的复用天线端口分别与接地射频接头p1和第一主控制及通信电路连接。

本发明实施例中信号接收电路对从设备发送前端电路发出的信号进行处理并传输至相位检测电路中进行相位差的检测，从设备中去除了一般设备中的基带电路，也就是不解调出基带信号，避免解调中产生的相位延迟，以及复杂的解调电路；

本发明实施例中图8-9的信号接收的芯片u4的型号为rtc6711，该芯片为集成的解调电路，将从设备发送的射频信号解调成和主设备基带信号同频的低频基带信号，为相位检测做准备；

本发明实施例中图10中的中频放大子电路，接收电路由射频到中频再到基带信号，所有的射频信号都变频到中频方便进行放大，放大之后才能进行基带信号的解调，否则会因为信号太弱无法解调；

本发明实施例中图11中的中频滤波子电路，其作用是滤除中频以外的频率，防止对基带解调产生干扰；

本发明实施例中图12中的基带滤波子电路，基带滤波电路为一个低通滤波电路，滤除基带信号以外的信号。

实施例6：

上述实施例1中的第一主控制及通信电路包括无线微控制器芯片u13和第一稳压子电路；

如图14-图15所示，无线微控制器的芯片u13的外围电路中，芯片u13的dgnd_usb引脚接地；

芯片u13的usb_p引脚分别与接地电容c87和电阻r45的一端连接，电阻r45的另一端分别与电阻r46的一端和usb接口j1的d+引脚连接，电阻r46的另一端与芯片u13的p1_0引脚连接，usb接口j1的vss引脚接地，usb接口j1的电源vcc连接，usb接口j1的d-引脚与电阻r44的一端连接，电阻r44的另一端分别与芯片u13的usb_n引脚和接地电容c83连接，usb接口j1的两个gnd引脚接地；

芯片u13的dvdd_usb引脚与3.3v电源连接；

芯片u13的p1_5引脚与相位检测电路中的芯片u16的mset引脚和vmag引脚连接；

芯片u13的p1_4引脚与基带信号产生电路的fsync引脚连接；

芯片u13的p1_3引脚与接地开关s2连接；

芯片u13的p1_2引脚与接地开关s1连接；

芯片u13的p1_1引脚通过电阻r42与发光二极管d1的正极连接，发光二极管d1的负极接地；

芯片u13的p0_7引脚与信号接收电路中的电阻r24连接；

芯片u13的p0_6引脚与信号接收电路中的电阻r25连接；

芯片u13的p0_5引脚与信号发送电路中的芯片u9的spi_se引脚连接；

芯片u13的p0_4引脚与信号发送电路中的芯片u9的bx引脚连接；

芯片u13的p0_3引脚与相位检测电路中的芯片u16的vphs引脚连接；

芯片u13的p0_2引脚与基带信号产生电路中的芯片u10的sclk引脚连接；

芯片u13的p0_1引脚与基带信号产生电路中的芯片u10的sdata引脚连接；

芯片u13的p0_0引脚与发光二极管d2的负极连接，发光二极管d2的正极通过电阻r43与3.3v电源连接；

芯片u13的reseet_n引脚与5孔接插件p3的第4引脚连接，5孔接插件p3的第1引脚与3.3v电源连接，5孔接插件p3的第2引脚与芯片u13的p2_1引脚连接，5孔接插件p3的第3引脚与芯片u13的p2_2引脚连接，5孔接插件p3的第5引脚接地；

芯片u13的avdd5引脚与3.3v电源连接；

芯片u13的xosc_q1引脚与接地电容c90和晶振u12的xout引脚连接，晶振u12的两个gnd引脚接地，晶振u12的xin引脚分别与接地电容c89和芯片u13的xosc_q2引脚连接；

芯片u13的avdd3引脚与3.3v电源连接；

芯片u13的rf_p引脚与巴仑u15的outb引脚连接，巴仑u15的两个gnd引脚及nc引脚均接地，巴仑u15的outa引脚与芯片u13的rf_n引脚连接，巴仑u15的in引脚与单刀三掷的开关u14的rf2引脚连接，开关u14的gnd引脚接地，开关u14的rfc引脚分别与接地电容c91和电感l13的一端连接，电感l13的另一端分别接地电容c92和天线接口a1连接，开关u14的v1引脚与u13的p2_3x32k_q2引脚连接，开关u14的rf1引脚与信号接收电路中的滤波及放大子电路中的芯片u6的in引脚连接，开关u14的v3引脚与地连接；开关u14的v2引脚与u13的p2_4x32k_q1引脚连接；

芯片u13的avdd2引脚、avdd1引脚和avdd4引脚均与3.3v电源连接；

芯片u13的rbias引脚与接地电阻r47连接；

芯片u13的avdd6引脚与3.3v电源连接；

芯片u13的p2_0引脚与信号发送电路中的芯片u9的spiclk/cs2引脚和信号接收电路中的电阻r21连接；

芯片u13的p1_7引脚与信号发送电路中的芯片u9的spiclk/cs1引脚和信号接收电路中的电阻r22连接；

芯片u13的p1_6引脚与信号发送电路中的芯片u9的spiclk/cs0引脚和信号接收电路中的电阻r23连接；

芯片u13的dvdd1与3.3v电源连接；

芯片u13的dcoupl引脚与接地电容c88连接；

芯片u13的gnd引脚接地；

如图16所示，第一稳压子电路包括稳压的芯片u11，芯片u11vin引脚分别与接地电容c85、接地电容c84和芯片u11的en引脚连接，芯片u11的gnd引脚接地，芯片u11的vout引脚分别与接地电容c77、接地电容c78、接地电容c79、接地电容c80、接地电容c81和接地电容c82连接，且其非接地端与3.3v电源连接。

本发明实施例中的第一主控制及通信电路为一颗芯片实现，控制功能在于配置发送芯片以及接受芯片的射频参数，即射频频率以及射频功率等，即可以自定义调节发送的频率，当然调节范围有限。

其中，图14中的无线微控制器芯片13的型号为cc2640，本芯片微控制器集成标准蓝牙无线通信功能，方便将数据共享到其他网络以及移动设备；

图16中的稳压子电路，将电池电压降压到符合芯片工作的电压，以满足系统正常工作需要。

实施例7：

上述实施例1中的从设备实现了接收天线、发送天线、低噪声放大器、功率放大器以及频率变换电路的功能，天线接收指定频段的信号并且经低噪声放大器对信号进行放大，然后经过混频器进行频率变换，混频器是一个非线性器件，混频器将输入的本振信号和低噪声放大器进行混频之后取出核查频，然后经过滤波网络获得变频之后的信号再经过放大器最后再经过天线发送出去；

本实施例中的从设备中的接收前端电路包括2.4g天线的芯片u3；

如图18所示，2.4g天线芯片外围电路中，芯片u31的gnd引脚均接地；

芯片u31的txrx引脚分别与接地电容c9和电感l1的一端连接，电感l1的另一端与接地电容c8连接，并作为接收前端电路的输出端lna_rfout与混频滤波电路的输入端mix_rfin连接；

芯片u31的txen引脚与接地电阻r1连接；

芯片u31的rxen引脚与第二主控制及通信电路连接；

芯片u31的ant引脚与滤波器u1的out引脚连接，滤波器u1的两个gnd引脚均接地，滤波器u1的in端与接地射频接头p1连接，接地射频接头p1作为接收前端电路的输入端lan_rfin通过无线链路与信号发送电路的输出端连接；

芯片u31的2个vdd引脚均分别与接地电容c1、接地电容c2和3.3v电源连接；

本实施例中的接收前端电路即为视频接收前端，主要是接受电磁波并进行简单的放大；

其中，滤波器芯片u1为filter-bpf-2400m，该滤波器为带通滤波器，过滤出想要频段的无线信号，去除其他频段的信号，方式其他信号对后面的电路产生干扰；

2.4g天线芯片u31的型号为pa&lna-2.4g-2.5，该芯片为低成本coms放大芯片，可以降低系统成本；

2.4g天线芯片通过电感l1、电容c9和电容c8组成的电路与后面的混频滤波电路连接。

如图19所示，混频滤波电路包括射频驱动的芯片u8；

芯片u8的enbl引脚分别与接地电容c23和第二主控制及通信电路连接；

芯片u8的indp引脚、indn引脚和gnd引脚均接地；

芯片u8的rext引脚与接地电阻r8连接；

芯片u8的ana_dec引脚、dig_vdd引脚和ana_vdd引脚均与3.3v电源连接；

芯片u8的lfilt1引脚分别与电阻r4的一端和电容c15的一端连接，电阻r4的另一端通过电容c16分别与电阻r6的一端和芯片u8的lfilt2引脚连接，电容c15的另一端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端分别与接地电容c27、电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端分别与接地电容c26和芯片u8的lfilt3引脚连接；

芯片u8的mode引脚分别与接地电容c24连接与第二主控制及通信电路连接；

芯片u8的xtalipp引脚和xtalipn引脚之间连接晶振子电路；

芯片u8的rfipp引脚与变压器t2的第一引脚连接，变压器t2的第2引脚与芯片u8的rfipn引脚连接，变压器t2的第5引脚与接地电容c29连接，变压器t2的第3引脚与电容c28的一端连接，电容c28的另一端与接地电容c30连接，并作为混频滤波电路的输入端mix_rfin与接收前端电路的输出端lna_rfout连接；

芯片u8的rfopp引脚分别与电阻r5的一端、电感l2的一端连接和变压器t1的第1引脚连接；

芯片u8的rfopn引脚分别与电阻r5的另一端、电感l2的另一端和变压器t1的第3引脚连接，变压器t1的第2引脚与3.3v电源连接，变压器t1的第4引脚与接地电容c25连接，变压器t1的第5引脚与电容c17的一端连接，电容c17的另一端分别与接地电容c18、接地电感l5、接地电容c55和电感l4的一端连接，电感l4的另一端分别与接地电容c56和接地电感l6连接，并作为混频滤波电路的输出端mix_rfout与发送前端电路的输入端连接；

芯片u8的resetb引脚分别与接地电容c21与第二主控制及通信电路连接；

芯片u8的enx引脚与接地电容c22与第二主控制及通信电路连接；

芯片u8的sclk引脚与接地电容c20与第二主控制及通信电路连接；

芯片u8的sdata引脚与接地电容c19与第二主控制及通信电路连接；

本实施例中的混频滤波电路用于将主设备发送的射频信号经过混频器这个非线性器将射频变换到新的频率，防止同频干扰；

其中，射频驱动芯片u8的型号为rf2052，该芯片集成本振和混频器有效降低系统成本和系统尺寸。

如图20所示，本实施例中发送前端电路包括低噪声放大器的芯片u41；

芯片u41的vcc引脚分别与接地电容c3和3.3v电源连接；

芯片u41的gnd引脚接地；

芯片u41的rfout引脚通过电容c7与功率放大器的芯片u61的rfin引脚连接；

芯片u41的rfin引脚通过电容c6与低噪声放大器的芯片u51的rfout引脚连接；

芯片u41的gnd引脚接地；

芯片u51的vcc引脚分别与接地电容c4和3.3v电源连接；

芯片u51的rfin引脚与电容c5的一端连接，电容c5的另一端作为发送前端电路的输入端lna_900mrfin端与混频滤波电路的输出端mix_rfout连接；

芯片u61的vcc1引脚和vcc2引脚与3.3v电源连接；

芯片u61的gnd引脚接地；

芯片u61的ven引脚与第二主控制及通信电路连接；

芯片u61的rfout引脚与接地射频接头p2连接，接地射频接头作为发送前端电路的输出端lna_900mrfout通过无线链路与信号接收电路的输入端连接；

芯片u61的cplin引脚与测试点tp1连接；芯片u61的cplout引脚与测试点tp2连接；

本实施例中的发送前端电路中，混频器出来之后包含多种频率，需要对信号进行滤波之后进行信号方法以及功率放大才能将其从天线上发送出去，发送的距离和发送的功率有关，可以根据实际情况进行调整；

其中，芯片u4和芯片u5均为型号为lna-250m-2100的低噪声放大器芯片封装很小，有效地降低了系统尺寸。

型号为pa-900m-990m的芯片u6对信号进行放大之后进行功率放大以获得足够的发射功率；

本实施例中的第二主控制及通信电路如图21-22所示，其电路结构与第一主控制及通信电路相同，用于与主设备之间实现通信，实现时分复用功能；

图21中的第二主控制及通信电路包括无线微控制器的芯片u21和第二稳压子电路，且第二稳压子电路与第一稳压子电路结构相同；

芯片u21的dgnd_usb引脚接地；

芯片u21的usb_p引脚分别与接地电容c49和电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端分别与电阻r14的一端和usb接口j1的d+引脚连接，电阻r14的另一端与芯片u21的p1_0引脚连接，usb接口j1的vss引脚接地，usb接口j1的电源vcc连接，usb接口j1的d-引脚与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端分别与芯片u21的usb_n引脚和接地电容c45连接，usb接口j1的gnd引脚接地；

芯片u21的dvdd_usb引脚与3.3v电源连接；

芯片u21的p1_3引脚与接地开关s2连接；

芯片u21的p1_2引脚与接地开关s1连接；

芯片u21的p1_1引脚通过电阻r10与发光二极管d1的正极连接，发光二极管d1的负极接地；

芯片u21的p0_7引脚与接收前端电路中芯片u31的rxen引脚连接；

芯片u21的p0_6引脚与混频滤波电路中芯片u8的resetb引脚连接；

芯片u21的p0_5引脚与混频滤波电路中芯片u8的enbl引脚连接；

芯片u21的p0_4引脚与混频滤波电路中芯片u8的mode引脚连接；

芯片u21的p0_3引脚与混频滤波电路中芯片u8的enx引脚连接；

芯片u21的p0_2引脚与混频滤波电路中芯片u8的sdata引脚连接；

芯片u21的p0_1引脚与混频滤波电路中芯片u8的sclk引脚连接；

芯片u21的p0_0引脚与发光二极管d2的负极连接，发光二极管d2的正极通过电阻r11与3.3v电源连接；

芯片u21的reseet_n引脚与5孔接插件p8的第4引脚连接，5孔接插件p8的第1引脚与3.3v电源连接，5孔接插件p8的第2引脚与芯片u21的p2_1引脚连接，5孔接插件p8的第3引脚与芯片u21的p2_2引脚连接，5孔接插件p8的第5引脚接地；

芯片u21的avdd5引脚与3.3v电源连接；

芯片u21的xosc_q1引脚与接地电容c52和晶振u20的xout引脚连接，晶振u20的gnd引脚接地，晶振u20的xin引脚分别与接地电容c51和芯片u21的xosc_q2引脚连接；

芯片u21的avdd3引脚与3.3v电源连接；

芯片u21的rf_p引脚与巴仑u23的outb引脚连接，巴仑u23的两个gnd引脚及nc引脚均接地，巴仑u23的outa引脚与芯片u21的rf_n引脚连接，巴仑u23的in引脚分别与单刀三掷的开关u22的rf2引脚连接，开关u22的gnd引脚接地，开关u22的rfc引脚分别与接地电容c53和电感l3的一端连接，电感l3的另一端分别接地电容c54和天线接口a1连接；

芯片u21的avdd2引脚、avdd1引脚和avdd4引脚均与3.3v电源连接；

芯片u21的rbias引脚与接地电阻r15连接；

芯片u21的avdd6引脚与3.3v电源连接；

芯片u21的p2_0引脚与接收前端电路中芯片u6的ven引脚连接；

芯片u21的dvdd1与3.3v电源连接；

芯片u21的dcoupl引脚与接地电容c50连接；

芯片u21的gnd引脚接地。

本实施例中的第二主控制及通信电路会控制前端射频电路的工作的状态，比如低功耗状态以实现低功耗，而且相位检测电路的输出需要主控制器进行采集，并进行一定校准才能成为恶意使用的相位信息，然后将相位信号转换成为距离信息；

本发明定位系统中的第二主控制及通信电路和第一主控制及通信电路中的无线微控制器型号相同均为cc2640，该型号的无线微控制器兼具控制与通信控制，在主设备对从设备进行测距时，进行信息同时实现时分复用，实现了更低的系统功耗以及多设备共享信道。

另外，如图23所示，为本发明提供的3.3v电源电路图，上述实施例中各个电路描述中的电源vcc为本发明定位系统的输入电压，其输入范围为3.3~5.5v。

实施例8：

本发明实施例中，提供了与上述实施例1-8对应的无线电定位系统的定位方法，如图24所示，包括以下步骤：

s1、通过从设备向主控制器发送定位请求；

s2、根据当前系统的工作状态，判断是否接受从设备发送的定位请求；

若是，向主设备和从设备发送请求接收信息，并进入步骤s3；

若否，向主设备和从设备发送请求拒绝信息，并返回步骤s1；

s3、通过主控制器及主设备在设定时间间隙内，对发送定位请求的从设备进行距离测定，获得若干主设备测定的距离信息；

s4、通过主控制器对测定的距离信息进行处理，获得发送定位请求的从设备的位置信息。

本发明实施例的步骤s2中，主控制器在判断是否接受当前从设备发送的定位请求时，若主控制器判断当前系统在对其他设备进行测距并定位时，则拒绝当前从设备发送的定位请求，即统一时间只进行一个从设备的定位测量，但从设备可持续向主控制器发送请问请求，对应的主控制器也会持续判断是否进行测距，直到系统当前没有对其他从设备进行定位时，就会接受该从设备的定位请求，并进行后续的信号发送和测量等过程。

本发明实施例的步骤s3中，一台主设备对从设备进行距离测定的方法具体为：

a1、通过基带信号产生电路产生连续的频率不同的正弦基带信号，并将其同时发送至相位检测电路和信号发送电路；

其中，通过基带信号生成电路中的直接数字频率合成技术（dds）调整简谐信号的频率；

需要说明的是，快速改变基带信号的频率可以认为这段时间内是静止不变的，也就是环境对不同基带信号但是载波信号频率相同的电磁波有相同的条件反射，而不同的基带信号所产生的相位差是不同的，不同的距离带来的相位差也是不同的，之后进行一定的呃相位偏移校正即可得到，而距离的精度取决于基带信号频率的变化范围。

a2、通过信号发送电路将正弦基带信号发送至从接收前端电路；

a3、通过接收前端电路对接收的正弦基带信号处理后发送至混频滤波电路，使混频滤波电路将其变频到更高频段的信号，并发送至发送前端电路；

a4、通过发送前端电路将变频后的信号发送至信号接收电路；

a5、通过信号接收电路从接收到的变频后的信号解调出基带信号，并发送至相位检测电路；

a6、基于解调出的基带信号和对应的正弦基带信号进行相位差的测量，并将测量的相位差及对应基带信号的频率发送至主控制器；

a7、通过主控制器对接收到的所有相位差及基带信号的频率进行微分运算，获得真实的距离信息。

上述步骤a6中不同频率下获得的相位差、距离及信号波长之间的关系式为：

式中，为基带信号产生电路产生的信号波长为时，对应正弦基带信号与解调基带信号之间的相位差；

为第次测量时的系统相移；

为主设备与从设备之间的距离；

上述步骤a6中的距离信息为：

为第次得到的相位差；

为第次测量时的系统相移，且为除距离以外的相移；

为圆周率；

为第次测量时所使用的简谐波信号波长；

下标和为测量次数编号，且均为自然数；

本发明实施例的s4具体为：将三个主设备（包括主控制器）分别作为笛卡尔坐标系的原点，且笛卡尔坐标系的轴位于处，轴位于处，被定位的从设备到三个主设备的距离分别为，得到被定位的从设备的位置为：

即通过常规三角定位便可获得从设备的位置信息。

本发明的有益效果为：

（1）由于频率越低相同相位延迟的所经过的时间就会越长，所以当射频信号转换到低频电路再转换到高频时，低频电路就会带来更大的延迟，并且低频电路也带来了系统的尺寸，因此本发明通过改变信号接收电路，减少了系统相位延迟，进而减少了系统复杂度；

（2）通过改进的系统测距算法以及增加基带信号产生电路等配套电路，提高了系统测距时的可靠性；

（3）从整体来看，从设备使用的系统结构去除低频电路降低系统复杂度，改进的测距算法降低环境敏感度，低功耗管理以及改进的时分复用算法降低系统功耗，带宽占用是相对与uwb来说的，系统仅需要足够调制信号的带宽即可。